JP2012074774A

JP2012074774A - 圧電発振器

Info

Publication number: JP2012074774A
Application number: JP2010215996A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Onda; 友治恩田
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: JP5643040B2

Abstract

【課題】外部の実装基板の発熱による外部接続用電極端子から圧電振動素子と集積回路素子への熱到達時間の差を小さくし圧電振動素子の温度特性の温度補償を集積回路素子で正確に行うことができる圧電発振器を提供する。
【解決手段】圧電発振器は、基板部１１１の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッド１１８に接続されている配線パターンのうち、ビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子と接続されている配線パターン１１４の幅が、他の配線パターンの幅に比べて大きくなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電発振器に関する。

従来より、携帯用の電子機器には、各種圧電発振器が用いられている。
図６及び図７に示すように、従来の圧電発振器２００は、素子搭載部材２１０、圧電振動素子２２０、集積回路素子２３０、蓋部材２５０から主に構成されている。素子搭載部材２１０は、基板部２１１と、第一の枠部２１２と、第二の枠部２１３で構成される。素子搭載部材２１０を構成する基板部２１１と第一の枠部２１２と第二の枠部２１３は、例えば、ガラス−セラミックス、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる。
また、基板部２１１は、一方の主面に圧電振動素子２２０を搭載するための圧電振動素子搭載パッド２１７が配置され、他方の主面に集積回路素子２３０を搭載するための集積回路素子搭載パッド２１８と集積回路素子搭載パッド２１８に接続される配線パターン２１４が配置されている。また、基板部２１１の内部には、内層配線（図示せず）が設けられ、圧電振動素子搭載パッド２１７と集積回路素子搭載パッド２１８とが内層配線（図示せず）を介して接続されている。

また、基板部２１１の一方の主面には、第一の枠部２１２が形成され、基板部２１１と第一の枠部２１２とで第一の凹部Ｋ１が形成される。また、第一の凹部Ｋ１には、圧電振動素子２２０が収容される。圧電振動素子２２０が収容される第一の凹部Ｋ１は、第一の枠部２１２と蓋部材２５０とで気密封止されている。
また、基板部２１１の他方の主面には、第二の枠部２１３が形成され、基板部２１１と第二の枠部２１３とで第二の凹部Ｋ２が形成される。また、第二の凹部Ｋ２には、集積回路素子２３０が収容される。また、第二の枠部２１３の四隅は、外部接続用電極端子２１６を備える構成となっている。外部接続用電極端子２１６は、第二の枠部２１３の内部に設けられたビアホール導体２１９と配線パターン２１４を介して集積回路素子搭載パッド２１８と接続されている。

蓋部材２５０は、基板部２１１と第一の枠部２１２で形成された第一の凹部Ｋ１を気密封止している。また、蓋部材２５０の材質は、４２アロイやコバール、リン青銅等からなる。
圧電振動素子２２０は、圧電素板の両主面に励振用電極（図示せず）と接続用電極（図示せず）を備える構造となっている。また、圧電振動素子２２０の接続用電極（図示せず）は、導電性接着剤２２１を介して素子搭載部材２１０に配置された圧電振動素子搭載パッド２１７に接続されている。
集積回路素子２３０は、回路が形成された面に電極パッド２３４が形成されている。また、図６に示すように、集積回路素子２３０の電極パッド２３４は、金バンプ２３１と半田２３２が固着されている。集積回路素子２３０の電極パッド２３４に固着された金バンプ２３１と半田２３２は、加熱工程で溶融し、冷却固化することで、素子搭載部材２１０に配置された集積回路素子搭載パッド２１８と接合される。
また、集積回路素子２３０の電極パッド２３４と、素子搭載部材２１０に配置された集積回路素子搭載パッド２１８との間には、集積回路素子２３０の回路形成面を保護するための樹脂２４０が充填されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４０６８４５号公報

しかしながら、従来の圧電発振器２００は、外部の実装基板からの発熱が外部接続用電極端子２１６から素子搭載部材２１０の内部に熱伝導される。このとき、素子搭載部材２１０に設けられる外部接続用電極端子２１６から圧電振動素子２２０が接続される圧電振動素子搭載パッド２１７までの距離と、外部接続用電極端子２１６から集積回路素子２３０が接続される集積回路素子搭載パッド２１８までの距離とでは、集積回路素子搭載パッド２１８までの距離が長く形成される。そのため、外部接続用電極端子２１６からの熱到達時間は、圧電振動素子２２０に比べ、集積回路素子２３０への熱到達時間が遅くなる。その結果、集積回路素子２３０に熱が到達するまでの間は、圧電振動素子２２０の感知する温度が高く集積回路素子２３０の感知する温度が低くなるために、圧電振動素子２２０の温度特性の温度補償を集積回路素子２３０で正確に行えない場合があった。

そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、外部の実装基板の発熱による外部接続用電極端子から圧電振動素子と集積回路素子への熱到達時間の差を小さくし、圧電振動素子の温度特性の温度補償を集積回路素子で正確に行うことができる圧電発振器を提供することを課題とする。

本発明の圧電発振器は、基板部と第一の枠部によって基板部の一方の主面に形成された第１の凹部と、前記基板部と第二の枠部によって前記基板部の他方の主面に形成された第２の凹部が設けられた素子搭載部材と、前記第１の凹部内に露出した基板部の一方の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、前記第２の凹部内に露出した基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載されている集積回路素子と、前記集積回路素子搭載パッドに接続されている前記基板部の他方の主面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンの一部の配線パターンと接続されている前記第二の枠部の内部に設けられたビアホール導体と、前記ビアホール導体と接続されている前記第二の枠部の四隅に形成された外部接続用電極端子と、前記第１の凹部を気密封止する蓋体とを備え、前記集積回路素子搭載パッドに接続されている配線パターンのうち、前記ビアホール導体を介して前記外部接続用電極端子と接続されている配線パターンの幅が、他の配線パターンの幅に比べて大きくなるように形成されていることを特徴とするものである。

本発明の圧電発振器は、基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに接続されている配線パターンのうち、ビアホール導体を介して外部接続用電極端子と接続されている配線パターンの幅を、他の配線パターンの幅に比べて大きくなるように形成したことで、熱の伝わる時間を従来よりも短くすることができる。これにより、本発明の圧電発振器は、外部接続用電極端子から基板部の一方の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドへの熱到達時間と、外部接続用電極端子から基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドへの熱到達時間の差が小さくなり、圧電振動素子と集積回路素子の感知する温度差が小さくなるために集積回路素子で圧電振動素子の正確な温度補償を行うことができる。

本発明の実施形態に係る圧電発振器の一例を示した断面図である。本発明の圧電発振器の基板部の他方の主面を示した平面図である。本発明の圧電発振器の第１の変形例を示す基板部の他方の主面を示した平面図である。本発明の圧電発振器の第２の変形例を示す基板部の他方の主面を示した平面図である。本発明の圧電発振器の第３の変形例を示す基板部の他方の主面を示した平面図である。従来の圧電発振器を示した断面図である。従来の圧電発振器の基板部の他方の主面を示した平面図である。

以下、本発明の圧電発振器を、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る圧電発振器１００の一例を示した断面図である。図１に示すように、圧電発振器１００は、素子搭載部材１１０、圧電振動素子１２０、集積回路素子１３０、蓋部材１５０とで主に構成されている。

素子搭載部材１１０は、基板部１１１、第一の枠部１１２、第二の枠部１１３とから主に構成される。
素子搭載部材１１０を構成する基板部１１１と、第一の枠部１１２と、第二の枠部１１３は、例えば、ガラス−セラミックス、アルミナセラミックス等のセラミック材料からなる。

また、基板部１１１は、一方の主面に圧電振動素子１２０を搭載するための２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１７が配置され、他方の主面に集積回路素子１３０を搭載するための集積回路素子搭載パッド１１８と集積回路素子搭載パッド１１８と接続される配線パターン１１４が配置されている。基板部１１１の両主面に配置されている圧電振動素子搭載パッド１１７と、集積回路素子搭載パッド１１８と、配線パターン１１４は、例えば、モリブデンメタライズ上にニッケルメッキ、金メッキが施されて形成されている。
また、基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８は、例えば５行２列に１０個配置されている。図１では、例えば、集積回路素子搭載パッド１１８の１列５個分の断面図を示している。素子搭載部材１１０に配置された集積回路素子搭載パッド１１８は、後述する集積回路素子１３０の電極パッド１３４が金バンプ１３１と半田１３２を介して接合される。また、基板部１１１の内部には、内層配線（図示せず）が設けられ、圧電振動素子搭載パッド１１７と集積回路素子搭載パッド１１８とが内層配線（図示せず）を介して接続されている。また、集積回路素子搭載パッド１１８の1０個のうちの4個は、配線パターン１１４と第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して第二の枠部１１３の四隅に形成された外部接続用電極端子１１６と接続されている。

また、基板部１１１の一方の主面には、第一の枠部１１２が形成され、基板部１１１と第一の枠部１１２とで第一の凹部Ｋ１が形成される。また、第一の凹部Ｋ１には、圧電振動素子１２０が収容される。圧電振動素子１２０が収容される第一の凹部Ｋ１は、第一の枠部１１２と蓋部材１５０とで気密封止されている。

また、基板部１１１の他方の主面には、第二の枠部１１３が形成され、基板部１１１と第二の枠部１１３とで第二の凹部Ｋ２が形成される。また、第二の凹部Ｋ２には、集積回路素子１３０が収容される。また、第二の枠部１１３の四隅は、外部接続用電極端子１１６を備える構成となっている。また、第二の枠部１１３の四隅に形成された外部接続用電極端子１１６は、それぞれＶＣＣ端子、ＶＣＯＮ端子、ＯＵＴ端子、グランド端子として機能している。

蓋部材１５０は、基板部１１１と第一の枠部１１２で形成された第一の凹部Ｋ１を気密封止している。また、蓋部材１５０の材質は、４２アロイやコバール、リン青銅等からなる。

圧電振動素子１２０は、圧電素板の両主面に励振用電極（図示せず）と接続用電極（図示せず）を備える構造となっている。また、圧電振動素子１２０の接続用電極（図示せず）は、導電性接着剤１２１を介して素子搭載部材１１０に配置された圧電振動素子搭載パッド１１７に接続されている。また、圧電振動素子１２０は、所定の結晶軸でカットした圧電素板に外部からの変動電圧が一対の接続用電極と励振用電極を介して圧電素板に印加されると、所定の周波数で厚みすべり振動を起こすようになっている。また、圧電素板としては、例えば水晶が用いられる。

集積回路素子１３０は、少なくとも発振回路を備える構成となっている。また、集積回路素子１３０は、回路が形成された面に電極パッド１３４が形成されている。電極パッド１３４は、素子搭載部材１１０に配置された集積回路素子搭載パッド１１８に、半田１３２と金バンプ１３１を介して接合されている。また、集積回路素子１３０の電極パッド１３４は、集積回路素子１３０の回路が形成された面に、例えば５行２列に１０個配置されている。尚、図１では、集積回路素子１３０の電極パッド１３４の１列５個分の断面図を示している。また、集積回路素子１３０の電極パッド１３４と、素子搭載部材１１０に配置された集積回路素子搭載パッド１１８と配線パターン１１４の間には、樹脂１４０が充填されている。

ここで本発明は、集積回路素子１３０が搭載される基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８と接続される配線パターン１１４のうち、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続されている配線パターン１１４の幅を、他の配線パターン１１４の幅に比べて大きく形成している。ここで、他の配線パターン１１４とは、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９に接続されていない配線パターン１１４のことをいう。具体的には、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続されている配線パターン１１４が、隣接する集積回路素子搭載パッド１１８や配線パターン１１４とショート等の電気的影響がないように、例えば１００μｍ程度の間隔で形成されている。その実施例を図２に示す。ここで、図２に示すように、本発明の圧電発振器１００は基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８に接続される配線パターン１１４のうち、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して第二の枠部１１３の四隅に形成された外部接続用電極端子１１６に接続されている配線パターン１１４の４個全ての幅を大きくしている。図２に示すように、本発明の圧電発振器１００の配線パターン１１４は、一方を基板部１１１の他方の主面の集積回路素子１３０を搭載するための集積回路素子搭載パッド１１８と、他方を第二の枠部１１３の内部に形成されるビアホール導体１１９に接続されている。また、図７に示すように、従来の圧電発振器の２００の配線パターン２１４は、一方を基板部２１１の他方の主面の集積回路素子２３０を搭載するための集積回路素子搭載パッド２１８と、他方を第二の枠部２１３の内部に形成されるビアホール導体２１９に接続されている。図７に示す従来例では、例えば、集積回路素子搭載パッド２１８の幅が概略２００μｍ程度であり、配線パターン２１４の幅が概略１５０μｍ程度である。

本発明の圧電発振器１００は、図２に示すように、基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８に接続される配線パターン１１４のうち、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して第二の枠部１１３の四隅に形成された外部接続用電極端子１１６に接続されている配線パターン１１４の幅を他の配線パターン１１４の幅に比べて大きく形成したことで、外部接続用電極端子１１６から集積回路素子搭載パッド１１８までの熱到達時間を短くすることができる。即ち、従来の場合の図７は、第二の枠部２１３の内部に設けられたビアホール導体２１９から基板部２１１の他方の主面の配線パターン２１４を経由して集積回路素子搭載パッド２１８への熱経路が曲がった経路になっている。これに対し、本発明の図２は、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続されている基板部１１１の他方の主面の配線パターン１１４の幅を他の配線パターン１１４の幅に比べて大きくすることで、ビアホール導体１１９から集積回路素子搭載パッド１１８への熱経路を最短経路になるようにしている。よって、図２の配線パターン１１４は、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続されている基板部１１１の他方の主面の配線パターン１１４の幅を大きくすることで、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９から集積回路素子搭載パッド１１８への熱経路が従来の図７の配線パターン２１４に比べ短くなっている。

次に、本発明の第１の変形例について説明する。図３に示すように、本発明の第１の変形例は、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続される基板部１１１の他方の主面の４個の配線パターン１１４のうち、３個の配線パターン１１４の幅を大きくした場合である。これにより、外部接続用電極端子１１６に接続されている３個の配線パターン１１４は、外部接続用電極端子１１６から第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８までの熱到達時間を短くすることができる。また、前述の外部接続用電極端子１１６に接続されている３個の配線パターン１１４は、図３の配置に限定されない。例えば図３は、基板部１１１の他方の主面の右上の配線パターン１１４を図７の従来例の配線パターン２１４と同一にしているが、これに代えて図３の右下を従来例の図７と同一にしてもよい。図３に示す第１の変形例においても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。

また、本発明の第２の変形例について説明する。図４に示すように、本発明の第２の変形例は、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続される基板部１１１の他方の主面の４個の配線パターン１１４のうち、２個の配線パターン１１４の幅を大きくした場合である。これにより、外部接続用電極端子１１６に接続されている２個の配線パターン１１４は、外部接続用電極端子１１６から第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８までの熱到達時間を短くすることができる。また、前述の外部接続用電極端子１１６に接続されている２個の配線パターン１１４は、図４の配置に限定されない。例えば図４は、基板部１１１の他方の主面の右側の２個の配線パターン１１４を図７の従来例の配線パターン２１４と同一にしているが、これに代えて図４の左側の２個の配線パターン１１４を従来例の図７と同一にしてもよい。図４に示す第２の変形例においても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。

また、本発明の第３の変形例について説明する。図５に示すように、本発明の第３の変形例は、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続される基板部１１１の他方の主面の４個の配線パターン１１４のうち、１個の配線パターン１１４の幅を大きくした場合である。これにより、外部接続用電極端子１１６に接続されている１個の配線パターン１１４は、外部接続用電極端子１１６から第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８までの熱到達時間を短くすることができる。また、前述の外部接続用電極端子１１６に接続されている１個の配線パターン１１４は、図５の配置に限定されない。例えば図５は、基板部１１１の他方の主面の左上の配線パターン１１４を大きくしているが、これに代えて図５の左下の配線パターン１１４を大きくしてもよい。図５に示す第３の変形例においても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。

本発明における図２〜図５と従来例の図７を比較すると、図２〜図５は、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続される基板部１１１の他方の主面の配線パターン１１４の幅を大きくすることで、第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９から基板部１１１の他方の主面の配線パターン１１４の集積回路素子搭載パッド１１８への熱経路が短くなっている。即ち、従来の場合の図７は、第二の枠部２１３の内部に設けられたビアホール導体２１９から基板部２１１の他方の主面の配線パターン２１４の集積回路素子搭載パッド２１８への熱経路が曲がった熱経路になっている。そのため、従来の配線パターン２１４は、外部接続用電極端子２１６から第二の枠部２１３の内部に設けられたビアホール導体２１９を介して基板部２１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド２１８への熱到達時間が長くなる構造となっている。よって、本発明の配線パターン１１４は、従来の配線パターン２１４に比べ、外部接続用電極端子１１６から第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して基板部１１１の他方の主面の集積回路素子搭載パッド１１８への熱経路を短くできる。これにより、本発明の圧電発振器１００は、外部接続用電極端子１１６から第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して集積回路素子搭載パッド１１８までの熱到達時間を短縮することができる。

さらに、本発明の圧電発振器１００は、ビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６に接続される配線パターン１１４の幅を大きくすることで、外部接続用電極端子１１６から配線パターン１１４を伝わる熱量を大きくできる。これにより、本発明の圧電発振器１００の配線パターン１１４は、外部接続用電極端子１１６からビアホール導体１１９を介して、集積回路素子搭載パッド１１８への伝熱量を従来の配線パターン２１４に比べ大きくできる。よって、本発明の圧電発振器１００は、外部接続用電極端子１１６から第二の枠部１１３の内部に設けられたビアホール導体１１９を介して集積回路素子搭載パッド１１８までの熱到達時間を短縮することができる。

以上より、本発明の圧電発振器１００は、基板部１１１の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッド１１８に接続されている配線パターン１１４のうち、ビアホール導体１１９を介して外部接続用電極端子１１６と接続されている配線パターン１１４の幅を、他の配線パターン１１４の幅に比べて大きくなるように形成したことで、外部接続用電極端子１１６から基板部１１１の一方の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッド１１７への熱到達時間と、外部接続用電極端子１１６から基板部１１１の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッド１１８への熱到達時間の差が小さくなり、圧電振動素子１２０と集積回路素子１３０の感知する温度差が小さくなるために集積回路素子１３０で圧電振動素子１２０の正確な温度補償を行うことができる。

また、前記した実施形態以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態に示した圧電発振器１００の第一の凹部Ｋ１に搭載される圧電振動素子１２０は、平面視矩形状の圧電素板の両主面に励振用電極と接続用電極を備える構造を示したが、これに限定することなく、例えば、平面視形状が円形や、音叉形の圧電素板に各種電極を設けた形態の圧電振動素子でもよく、又圧電振動素子に変えて弾性表面波素子を用いても構わない。

１００・・・圧電発振器
１１０・・・素子搭載部材
１１１・・・基板部
１１２・・・第一の枠部
１１３・・・第二の枠部
１１４・・・配線パターン
１１６・・・外部接続用電極端子
１１７・・・圧電振動素子搭載パッド
１１８・・・集積回路素子搭載パッド
１１９・・・ビアホール導体
１２０・・・圧電振動素子
１２１・・・導電性接着剤
１３０・・・集積回路素子
１３１・・・金バンプ
１３２・・・半田
１３４・・・電極パッド
１４０・・・樹脂
１５０・・・蓋部材
Ｋ１・・・第一の凹部
Ｋ２・・・第二の凹部

Claims

基板部と第一の枠部によって基板部の一方の主面に形成された第１の凹部と、前記基板部と第二の枠部によって前記基板部の他方の主面に形成された第２の凹部が設けられた素子搭載部材と、
前記第１の凹部内に露出した基板部の一方の主面に設けられた２個一対の圧電振動素子搭載パッドに搭載されている圧電振動素子と、
前記第２の凹部内に露出した基板部の他方の主面に設けられた集積回路素子搭載パッドに搭載されている集積回路素子と、
前記集積回路素子搭載パッドに接続されている前記基板部の他方の主面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンの一部の配線パターンと接続されている前記第二の枠部の内部に設けられたビアホール導体と、
前記ビアホール導体と接続されている前記第二の枠部の四隅に形成された外部接続用電極端子と、
前記第１の凹部を気密封止する蓋体とを備え、
前記集積回路素子搭載パッドに接続されている配線パターンのうち、前記ビアホール導体を介して前記外部接続用電極端子と接続されている配線パターンの幅が、他の配線パターンの幅に比べて大きくなるように形成されていることを特徴とする圧電発振器。